JP2007154785A - Cold trap and vacuum exhaust - Google Patents
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Abstract
【課題】吸着容量の増加および高速度排気をともに実現することにより低電力消費を実現するコールドトラップ、および、このような利点を持つコールドトラップにターボ分子ポンプを併用した真空排気装置を提供する。
【解決手段】真空チャンバ20内空間に設置されるコールドパネル200と、この真空チャンバ20の内部空間で冷却端105が可撓性熱伝導部材109を介してコールドパネル200に熱的に接続されて配置される冷凍機100と、を備えるコールドトラップ10とした。また、このようなコールドトラップ10が設置された真空チャンバ20内に配管を介してターボ分子ポンプを接続した真空排気装置とした。
【選択図】図2A cold trap that realizes low power consumption by realizing both an increase in adsorption capacity and high-speed exhaust, and a vacuum exhaust apparatus that uses a turbo molecular pump in combination with a cold trap having such advantages.
A cold panel (200) installed in an inner space of a vacuum chamber (20) and a cooling end (105) in the inner space of the vacuum chamber (20) are thermally connected to the cold panel (200) via a flexible heat conducting member (109). It was set as the cold trap 10 provided with the refrigerator 100 arrange | positioned. Moreover, it was set as the vacuum exhaust apparatus which connected the turbo-molecular pump via the piping in the vacuum chamber 20 in which such a cold trap 10 was installed.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、コールドトラップ、および、このコールドトラップとターボ分子ポンプとを併用した真空排気装置に関する。 The present invention relates to a cold trap and an evacuation apparatus using the cold trap and a turbo molecular pump in combination.
従来技術のコールドトラップおよび真空排気装置について図を参照しつつ説明する。図5,図6は従来技術の真空排気装置の説明図である。図5で示す真空排気装置1は、真空チャンバ2、配管3、コールドトラップ4、ターボ分子ポンプ5を備えている。この真空チャンバ2内には真空下で使用される各種の内部機器(例えばスパッタリング装置・食品乾燥装置など)2aが配置される。図5では、コールドトラップ4、ターボ分子ポンプ5の据え付け姿勢が縦置き型に限定される形態であり、上からコールドトラップ4、ターボ分子ポンプ5が配置される。
A conventional cold trap and vacuum evacuation apparatus will be described with reference to the drawings. 5 and 6 are explanatory views of a conventional vacuum exhaust apparatus. A vacuum exhaust apparatus 1 shown in FIG. 5 includes a
ターボ分子ポンプ5は、真空チャンバ2内を排気する。このターボ分子ポンプ5は、排出しようとする気体分子の分子量(分子の大きさ)により排気性能が異なる。特に分子量が小さい水蒸気の排気が困難であり、例えば、ターボ分子ポンプ5により真空チャンバ2内の気体を排気して、10−6Pa〜10−12Pa程度まで排気した場合、真空チャンバ2内における残留ガスは、その大部分が水蒸気である。このような水蒸気が真空チャンバ2内に残留すると、真空度および真空環境に悪影響を及ぼす。
The turbo
そこでターボ分子ポンプ5の上流(一般には図5で示すように真空チャンバ2とターボ分子ポンプ5との間)にコールドトラップ4が設けられる。
このコールドトラップ4は、極低温に冷却された面(以下、コールドパネルという)と接するようにガスを通過させ、このような通過するガスに含まれる水蒸気を冷却して氷に凍結して捕集する装置であり、真空チャンバ2内で水蒸気の少ない真空環境を得ることができる。
コールドトラップ4の水蒸気除去により、ターボ分子ポンプ5に水蒸気をあらかじめ取り除いたガスを流入させて、真空チャンバ2の排気速度を向上させるとともに到達圧力を下げることができる。また、コールドトラップ4は冷却温度を適宜設定することにより、他のガス(例えば、Br2,NH3,Cl2,CO2等)も凍結捕集することができる。真空排気装置1はこのようなものである。
Therefore, a cold trap 4 is provided upstream of the turbo molecular pump 5 (generally between the
The cold trap 4 allows gas to pass through in contact with a surface cooled to a very low temperature (hereinafter referred to as a cold panel), cools water vapor contained in the passing gas, and freezes it on ice to collect it. In this way, a vacuum environment with less water vapor can be obtained in the
By removing the water vapor from the cold trap 4, the gas from which the water vapor has been removed in advance is introduced into the turbo
また、近年では、据え付け姿勢が横型でも可能なコールドトラップ、ターボ分子ポンプも製品化されており、図6で示すような真空排気装置1’もある。この真空排気装置1’は、真空チャンバ2’、配管3’、コールドトラップ4’、ターボ分子ポンプ5’を備えている。図6では、真空チャンバ2’コールドトラップ4’、ターボ分子ポンプ5’が横方向に並べて配置される。
In recent years, cold traps and turbo molecular pumps that can be installed in a horizontal orientation have also been commercialized, and there is a vacuum exhaust apparatus 1 'as shown in FIG. The evacuation apparatus 1 'includes a vacuum chamber 2', a pipe 3 ', a cold trap 4', and a turbo molecular pump 5 '. In FIG. 6, the
また、他の従来技術として、例えば、特許文献1(ターボ分子ポンプ)、または、特許文献2(コールドトラップおよび真空排気装置)に記載された発明が知られている。
特許文献1には、液体窒素により冷却するコールドトラップについて記載されており、また、特許文献2には、GM方式(ギフォード・マクマホン方式)のヘリウム冷凍機を利用するコールドトラップについて記載されている。
これらは何れも据え付け姿勢が縦型の例である。
As another conventional technique, for example, the invention described in Patent Document 1 (turbo molecular pump) or Patent Document 2 (cold trap and vacuum exhaust device) is known.
Patent Document 1 describes a cold trap that is cooled by liquid nitrogen, and
These are all examples in which the installation posture is vertical.
従来技術の真空排気装置1,1’では以下のような問題があった。
(1)分子流領域の水蒸気の排気速度および吸着量はコールドパネルの表面積の大きさに比例して増大するため表面積の増大が望ましい。しかしながら、単純に表面積を大きくすると、コールドパネルが通過する気体の移動を妨害し、排気抵抗(排気コンダクタンス)が大きくなるという問題があった。
(2)コールドパネルの表面積を大きくしようにも、コールドパネルが収容されている管状のケーシングの管径・管断面積により制約を受ける。ケーシングの管径と、配管3の管径とが等しいのが一般的であり、コールドパネルの表面積の増大はケーシングの管径(つまり配管3の管径)程度までに制約されるという問題があった。
(3)コールドトラップは溜め込み式の排気装置であるため、一定時間経過後に再生処理、清掃などのメンテナンスが必要であるが、配管3から取り外すなど手間を要するという問題があった。
The conventional vacuum exhaust devices 1 and 1 'have the following problems.
(1) Since the water vapor exhaust rate and adsorption amount in the molecular flow region increase in proportion to the surface area of the cold panel, it is desirable to increase the surface area. However, if the surface area is simply increased, there is a problem that the movement of the gas passing through the cold panel is hindered and the exhaust resistance (exhaust conductance) increases.
(2) In order to increase the surface area of the cold panel, there are restrictions due to the pipe diameter and pipe cross-sectional area of the tubular casing in which the cold panel is accommodated. In general, the pipe diameter of the casing and the pipe diameter of the pipe 3 are equal, and the increase in the surface area of the cold panel is limited to the pipe diameter of the casing (that is, the pipe diameter of the pipe 3). It was.
(3) Since the cold trap is a reservoir-type exhaust device, maintenance such as regeneration processing and cleaning is necessary after a predetermined time has elapsed, but there is a problem that it is troublesome to remove from the pipe 3.
そこで、上記した問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、吸着容量の増加および高速度排気をともに実現することにより低電力消費を実現するコールドトラップ、および、このような利点を持つコールドトラップにターボ分子ポンプを併用した真空排気装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention made in view of the above-described problems is to provide a cold trap that realizes low power consumption by realizing both an increase in adsorption capacity and high-speed exhaust, and a cold trap having such advantages. Another object of the present invention is to provide an evacuation apparatus using a turbo molecular pump together.
上記課題を解決するため、本発明の請求項1に係る発明のコールドトラップは、
圧縮機、膨張機および冷却端を有する冷凍機と、
冷却端に熱的に接続される可撓性熱伝導部材と、
可撓性熱伝導部材と熱的に接続されるコールドパネルと、
熱抵抗が高い部材により形成され、コールドパネルを支持する高熱抵抗ステーと、
一方の面に冷凍機が配置され、また、他方の面に高熱抵抗ステー、膨張機、冷却端、可撓性熱伝導部材およびコールドパネルが配置されるフランジと、
開口部を有する真空チャンバと、
を備え、
フランジで開口部を塞いで真空チャンバの内部空間でコールドパネルが配置されることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the cold trap of the invention according to claim 1 of the present invention provides:
A refrigerator having a compressor, an expander and a cooling end;
A flexible heat conducting member thermally connected to the cooling end;
A cold panel thermally connected to the flexible heat conducting member;
A high thermal resistance stay that is formed of a member having high thermal resistance and supports the cold panel;
A refrigerator in which a refrigerator is disposed on one surface, and a high heat resistance stay, an expander, a cooling end, a flexible heat conducting member, and a cold panel are disposed on the other surface;
A vacuum chamber having an opening;
With
The cold panel is arranged in the internal space of the vacuum chamber by closing the opening with a flange.
この構成によれば、冷却端とコールドパネルとの間に介在する可撓性熱伝導部材により、冷却端とコールドパネルを力学的な力をほとんどかけずに接続することができるので、冷却端とコールドパネルとの接続時の位置合わせ等の調整の労力を低減できる。
また、熱膨張・熱収縮によりコールドパネルが変形したとしても可撓性熱伝導部材が変形を吸収することにより膨張機の冷却端に余分な負荷がかからなくなるため、冷凍機の能力および環境条件に応じた大型のコールドパネルを設置することもできる。
また、可撓性熱伝導部材は熱抵抗が低いため、冷却端の寒冷をコールドパネルまで確実に伝導してコールドパネルを低温にする。
また、広大な空間が取れる真空チャンバ内に直接コールドトラップのコールドパネルを配置することで、水分子を凍結捕集するコールドパネルのトラップ面の表面積を大きして、吸着容量増加させることができる。
また、配管内に気体流を妨げるものがなくなって排気コンダクタンスを低減させることができる。
また、複数の高熱抵抗ステーで支持するため、コールドパネルの重量を分担して受けることができ、コールドパネルの更なる大型化による表面積の増大が可能となる。また、高熱抵抗ステーは熱伝導しにくいため、コールドパネルの寒冷が真空チャンバへ伝わりにくくして熱容量の増加を防ぐ。
これら吸着容量の増加および排気コンダクタンスの低減を共に実現することで電力消費量を相乗的に低減することができる。
According to this configuration, the flexible heat conduction member interposed between the cooling end and the cold panel can connect the cooling end and the cold panel with almost no mechanical force. Adjustment work such as alignment when connected to the cold panel can be reduced.
In addition, even if the cold panel is deformed due to thermal expansion and contraction, the flexible heat conducting member absorbs the deformation, so that no extra load is applied to the cooling end of the expander. A large cold panel can be installed according to the conditions.
Further, since the flexible heat conducting member has a low thermal resistance, the cold at the cooling end is surely conducted to the cold panel to lower the temperature of the cold panel.
Further, by arranging the cold trap cold panel directly in the vacuum chamber in which a large space can be taken, the surface area of the cold trap surface for freezing and collecting water molecules can be increased, and the adsorption capacity can be increased.
In addition, there is no obstacle in the pipe to prevent the gas flow, and the exhaust conductance can be reduced.
In addition, since it is supported by a plurality of high heat resistance stays, the weight of the cold panel can be shared and the surface area can be increased by further increasing the size of the cold panel. In addition, since the high thermal resistance stay is difficult to conduct heat, the cold of the cold panel is hardly transmitted to the vacuum chamber, thereby preventing an increase in heat capacity.
By realizing both an increase in adsorption capacity and a reduction in exhaust conductance, the power consumption can be reduced synergistically.
また、本発明の請求項2に係る発明のコールドトラップは、
請求項1記載のコールドトラップにおいて、
前記高熱抵抗ステーは、
中空部と、この中空部と連通する貫通孔と、を有するチタン合金製パイプと、
チタン合金製パイプの両側へ固定されてフランジおよびコールドパネルと取付けられる固定部と、
を備えることをことを特徴とする。
The cold trap of the invention according to
The cold trap according to claim 1, wherein
The high thermal resistance stay is
A titanium alloy pipe having a hollow portion and a through hole communicating with the hollow portion;
A fixing portion fixed to both sides of the titanium alloy pipe and attached to the flange and the cold panel;
It is characterized by providing.
この構成によれば、高熱抵抗ステーはコールドパネルから熱を伝わり難くしているため、コールドパネルの熱容量を小さくしている。
また、中空筒体である高熱抵抗ステーは強度が大きく、コールドパネルの大きさや重量に合わせて高熱抵抗ステーの強度を上げることができるので、冷凍機の膨張機への負荷を最小限とすることができる。
また、真空チャンバまたはフランジ部からの熱の侵入や振動の侵入を最小限に小さくすることができるので、振動・衝撃などの外乱に強いコールドトラップを供給できる。
また、真空チャンバ内の圧力変化があっても、貫通孔により高熱抵抗ステーの内外で同じ圧力であるため、圧力変化に拘らず高熱抵抗ステーに機械的な歪みが生じるという事態を回避する。
According to this configuration, the high thermal resistance stay makes it difficult for heat to be transmitted from the cold panel, so the heat capacity of the cold panel is reduced.
In addition, the high thermal resistance stay, which is a hollow cylinder, has high strength, and the strength of the high thermal resistance stay can be increased according to the size and weight of the cold panel, so the load on the expander of the refrigerator is minimized. Can do.
In addition, since heat intrusion and vibration intrusion from the vacuum chamber or the flange portion can be minimized, a cold trap that is resistant to disturbances such as vibration and shock can be supplied.
In addition, even if there is a pressure change in the vacuum chamber, the same pressure is applied inside and outside the high heat resistance stay due to the through hole, so that a situation where mechanical distortion occurs in the high heat resistance stay regardless of the pressure change is avoided.
また、本発明の請求項3に係る発明のコールドトラップは、
請求項1または請求項2記載のコールドトラップにおいて、
前記可撓性熱伝導部材は、無酸素銅の網線であることを特徴とする。
The cold trap of the invention according to claim 3 of the present invention is
In the cold trap according to
The flexible heat conducting member is an oxygen-free copper mesh wire.
可撓性熱伝導部材として、最も熱抵抗が低いため、冷却端の寒冷をコールドパネルまで確実に伝導してコールドパネルを低温にする。
また、冷凍機の冷却端とコールドパネル間の温度差を小さくできるので、冷凍機の消費電力を増大させることがない。
Since the heat resistance is the lowest as the flexible heat conducting member, the cold at the cooling end is reliably conducted to the cold panel, and the cold panel is cooled.
Further, since the temperature difference between the cooling end of the refrigerator and the cold panel can be reduced, the power consumption of the refrigerator is not increased.
また、本発明の請求項4に係る発明のコールドトラップは、
請求項1〜請求項3の何れか一項に記載のコールドトラップにおいて、
高熱抵抗ステーとコールドパネルとを機械的に接続するとともに熱伝導を抑える熱絶縁カラーと、
を備えることを特徴とする。
The cold trap of the invention according to claim 4 of the present invention is
In the cold trap as described in any one of Claims 1-3,
A thermal insulation collar that mechanically connects the high thermal resistance stay and the cold panel and suppresses heat conduction;
It is characterized by providing.
また、熱絶縁カラーの存在によりコールドパネルから熱抵抗ステーへ熱をより伝わり難くしているため、この点でもコールドパネルの熱容量を小さくしている。 In addition, since the heat insulation collar makes it difficult for heat to be transferred from the cold panel to the thermal resistance stay, the heat capacity of the cold panel is also reduced in this respect.
また、本発明の請求項5に係る発明のコールドトラップは、
請求項1〜請求項4の何れか一項に記載のコールドトラップにおいて、
前記コールドパネルは、平板による平面形パネルと、凸部を有するハット形パネルと、からなり、平面形パネルに凸部を接触させつつハット形パネルを取付けて形成したことを特徴とする。
The cold trap of the invention according to
In the cold trap as described in any one of Claims 1-4,
The cold panel includes a flat panel made of a flat plate and a hat-shaped panel having a convex portion, and is formed by attaching a hat-shaped panel while contacting the convex portion with the planar panel.
この構成によれば、コールドパネルが二枚のパネルを有するため、コールドパネルの径はそのままにトラップ面の表面積を大きして、吸着容量増加させることができ、また、平面形パネルは冷却端と直接接触し、また、ハット型パネルは凸部が冷却端の近くで平面形パネルに接触するため、寒冷が効率的に伝達され、熱抵抗が小さい。 According to this configuration, since the cold panel has two panels, the surface area of the trap surface can be increased while keeping the diameter of the cold panel as it is, and the adsorption capacity can be increased. The hat-type panel is in direct contact, and the convex portion of the hat-type panel is in contact with the flat panel near the cooling edge, so that cold is efficiently transmitted and the thermal resistance is low.
また、本発明の請求項6に係るコールドトラップは、
請求項1〜請求項5の何れか一項に記載のコールドトラップにおいて、
前記膨張機は、パルスチューブ膨張機であることを特徴とする。
A cold trap according to claim 6 of the present invention is
In the cold trap as described in any one of Claims 1-5,
The expander is a pulse tube expander.
この構成によれば、パルスチューブ冷凍機の膨張機(以下、単にパルスチューブ膨張機という)には、GM式の冷凍機のように非金属の摺動材などの可動部がなく、全て金属製とすることができるため、再生処理時の加熱温度を、可動部のあるGM冷凍機に比べて大幅に高く設定することができるとともにヒートショックに対する信頼性も向上させることができる。また、真空チャンバに与える加振力を小さくすることができ、光学系などの精密機器を内蔵した真空チャンバにも使用できる。 According to this configuration, the expander of the pulse tube refrigerator (hereinafter simply referred to as the pulse tube expander) does not have a movable part such as a non-metallic sliding material like the GM refrigerator, and is all made of metal. Therefore, the heating temperature during the regeneration process can be set to be significantly higher than that of the GM refrigerator having a movable part, and the reliability against heat shock can be improved. Further, the excitation force applied to the vacuum chamber can be reduced, and it can also be used in a vacuum chamber incorporating precision equipment such as an optical system.
また、本発明の請求項7に係るコールドトラップは、
請求項1〜請求項6の何れか一項に記載のコールドトラップにおいて、
前記コールドパネルは、低温域における熱伝導率が大きい純チタンを材料とすることを特徴とする。
A cold trap according to claim 7 of the present invention is
In the cold trap as described in any one of Claims 1-6,
The cold panel is made of pure titanium having a high thermal conductivity in a low temperature region.
この構成によれば、コールドパネルの表面温度分布を、通常用いられるステンレス材に比べて均一にすることができるので、コールドパネルの有効表面積を大きくすることができる。 According to this configuration, since the surface temperature distribution of the cold panel can be made uniform as compared with a commonly used stainless steel material, the effective surface area of the cold panel can be increased.
また、本発明の請求項8に係るコールドトラップは、
請求項1〜請求項6の何れか一項に記載のコールドトラップにおいて、
前記コールドパネルは、低温域における熱伝導率が大きい銅または銅合金を材料とすることを特徴とする。
A cold trap according to claim 8 of the present invention is
In the cold trap as described in any one of Claims 1-6,
The cold panel is made of copper or a copper alloy having a high thermal conductivity in a low temperature region.
この構成によれば、純チタン同様にコールドパネル全体の表面温度分布を、通常用いられるステンレス材に比べて均一にすることができるため、コールドパネルの有効表面積を大きくすることができる。 According to this configuration, the surface temperature distribution of the entire cold panel can be made uniform as compared with a commonly used stainless steel like pure titanium, so that the effective surface area of the cold panel can be increased.
また、本発明の請求項9に係るコールドトラップは、
請求項8に記載のコールドトラップにおいて、
前記コールドパネルは、その表面に耐食性を向上させる保護層を形成したことを特徴とする。
A cold trap according to claim 9 of the present invention is
The cold trap according to claim 8,
The cold panel is characterized in that a protective layer for improving corrosion resistance is formed on the surface thereof.
この構成によれば、銅または銅合金にガスが接触しないような保護層を形成することで銅または銅合金の表面の腐食を防止することができる。 According to this structure, corrosion of the surface of copper or a copper alloy can be prevented by forming a protective layer that prevents gas from coming into contact with copper or a copper alloy.
また、本発明の請求項10に係るコールドトラップは、
請求項1〜請求項9の何れか一項に記載のコールドトラップにおいて、
フランジに設けられた電流導入端子を介して電流線と接続され、コールドパネルを加熱する加熱手段と、
フランジに設けられた信号導出端子を介して信号線と接続され、コールドパネルの温度を計測する温度計測手段と、
電流線を介して加熱手段と、制御線を介して冷凍機と、信号線を介して温度計測手段と、それぞれ接続される温度制御手段と、
を備え、
この温度制御手段は、温度計測手段が計測したコールドパネルの温度に基づき、コールドパネルの温度を所定温度とするように冷凍機または加熱手段を制御することを特徴とする。
A cold trap according to claim 10 of the present invention is
In the cold trap according to any one of claims 1 to 9,
A heating means connected to a current line via a current introduction terminal provided on the flange and heating the cold panel;
A temperature measuring means for measuring the temperature of the cold panel, connected to the signal line via a signal derivation terminal provided on the flange;
A heating means via a current line, a refrigerator via a control line, a temperature measurement means via a signal line, and a temperature control means connected respectively.
With
The temperature control means controls the refrigerator or the heating means so that the temperature of the cold panel is a predetermined temperature based on the temperature of the cold panel measured by the temperature measurement means.
この構成によれば、コールドパネルの温度について、吸着時は、ガスの吸着特性に合わせた効果的な温度を選択して最適な選択吸着を可能とし、再生処理時には、水分の放出に効果的な温度を選択し、コールドパネルのトラップ面の温度が最適となるように制御することができ、コールドパネルの表面温度(トラップ面)を吸着・再生に最適な任意の温度とすることができる。
また、冷凍機と加熱手段、温度計測手段をフランジを介して内外部で接続した状態で一体で取り付けられており、組立およびメンテナンス時の取り外しが容易になる。
According to this configuration, the temperature of the cold panel can be optimally selected by selecting an effective temperature according to the gas adsorption characteristics during adsorption, and effective in releasing moisture during the regeneration process. The temperature can be selected and controlled so that the temperature of the trap surface of the cold panel is optimized, and the surface temperature of the cold panel (trap surface) can be set to an arbitrary temperature optimum for adsorption / regeneration.
Further, the refrigerator, the heating means, and the temperature measuring means are integrally attached in a state where they are connected to each other inside and outside through a flange, so that they can be easily removed during assembly and maintenance.
また、本発明の請求項11に係るコールドトラップは、
請求項10記載のコールドトラップにおいて、
前記加熱手段は、冷却端に内蔵するように配置され、
前記温度計測手段は、冷却端に内蔵または当接するように配置されることを特徴とする。
A cold trap according to claim 11 of the present invention is
The cold trap of
The heating means is arranged so as to be built in the cooling end,
The temperature measuring means is arranged so as to be built in or in contact with the cooling end.
この構成によれば、冷却端の温度を正確に制御できるようになり、コールドパネルを均一に素早く加熱できるため温度の加温・加冷速度の増大と計測精度の向上を実現し、高速かつ正確に吸着・再生に最適な任意の温度とすることができる。
また、特に加熱手段を内蔵することでヒータ等の構成部材からのアウトガスを真空チャンバ内に放出することがない。
According to this configuration, the temperature at the cooling end can be accurately controlled, and the cold panel can be heated uniformly and quickly, so that the temperature heating / cooling rate is increased and the measurement accuracy is improved. The temperature can be set to an optimum temperature for adsorption / regeneration.
In particular, by incorporating a heating means, outgas from a component such as a heater is not released into the vacuum chamber.
また、本発明の請求項12に係るコールドトラップは、
前記真空チャンバは少なくとも高熱抵抗ステー、膨張機および冷却端が通過する開口面積で形成される開口部を備え、
真空チャンバの開口部に高熱抵抗ステー、膨張機および冷却端を通過させてフランジで開口部を塞いだ後に冷却端とコールドパネルとを可撓性熱伝導部材により熱的に接続し、高熱抵抗ステーとコールドパネルとを連結することにより、真空チャンバの内部空間でコールドパネルが配置されて、真空チャンバと一体に形成されることを特徴とする。
A cold trap according to claim 12 of the present invention is
The vacuum chamber includes an opening formed by an opening area through which at least a high thermal resistance stay, an expander, and a cooling end pass,
After passing the high thermal resistance stay, the expander and the cooling end through the opening of the vacuum chamber and closing the opening with a flange, the cooling end and the cold panel are thermally connected by a flexible heat conducting member, and the high thermal resistance stay And the cold panel are connected to each other so that the cold panel is disposed in the interior space of the vacuum chamber and is formed integrally with the vacuum chamber.
この構成によれば、上記した作用に加えて、フランジに固定された冷凍機や膨張機・冷却端が開口部を通過するようにしたため、広い真空チャンバ内でコールドパネルを取付け・取り外しするだけでよくなり、組立てやメンテナンスが容易となる。 According to this configuration, in addition to the above-described operation, the refrigerator, the expander, and the cooling end fixed to the flange pass through the opening. Therefore, it is only necessary to attach and remove the cold panel in a wide vacuum chamber. As a result, assembly and maintenance become easier.
また、本発明の請求項13に係るコールドトラップは、
請求項1〜請求項11の何れか一項に記載のコールドトラップにおいて、
前記真空チャンバは少なくとも高熱抵抗ステー、膨張機、冷却端、可撓性熱伝導部材およびコールドパネルが通過する開口面積で真空チャンバに形成される開口部を備え、
一方の面に冷凍機が配置され、また、他方の面に高熱抵抗ステー、膨張機、冷却端、可撓性熱伝導部材およびコールドパネルが配置されるフランジにより前記開口部が塞がれるようになされており、真空チャンバの開口部に高熱抵抗ステー、膨張機、冷却端、可撓性熱伝導部材およびコールドパネルを通過させてフランジで開口部を塞ぐことにより、真空チャンバの内部空間でコールドパネルが配置され、真空チャンバと一体に形成されることを特徴とする。
A cold trap according to claim 13 of the present invention is
In the cold trap as described in any one of Claims 1-11,
The vacuum chamber includes an opening formed in the vacuum chamber with an opening area through which at least a high thermal resistance stay, an expander, a cooling end, a flexible heat conducting member, and a cold panel pass,
A refrigerator is arranged on one side, and the opening is closed by a flange on which the high thermal resistance stay, expander, cooling end, flexible heat conducting member and cold panel are arranged on the other side. A cold panel is formed in the internal space of the vacuum chamber by passing a high thermal resistance stay, an expander, a cooling end, a flexible heat conducting member and a cold panel through the opening of the vacuum chamber and closing the opening with a flange. Are arranged and formed integrally with the vacuum chamber.
この構成によれば、上記した作用に加えて、真空チャンバの開口部をコールドパネルが通過するようにしたため、組立てやメンテナンスがより一層容易となる。 According to this configuration, in addition to the above-described operation, the cold panel passes through the opening of the vacuum chamber, so that assembly and maintenance are further facilitated.
本発明の請求項14に係る真空排気装置は、
請求項1〜請求項13の何れか一項に記載のコールドトラップと、
コールドトラップに一体に形成された真空チャンバ内のガスを排気するターボ分子ポンプと、
を備えることを特徴とする。
An evacuation apparatus according to claim 14 of the present invention includes:
The cold trap according to any one of claims 1 to 13,
A turbo molecular pump that exhausts gas in a vacuum chamber formed integrally with the cold trap;
It is characterized by providing.
この構成によれば、コールドパネルのトラップ面の表面積を大きくして水分子を凍結捕集する吸着容量を増加させたコールドパネルとしたので、ターボ分子ポンプと併用して稼働率が高く、ランニングコストの低い真空排気装置を提供することができる。 According to this configuration, the cold panel has a cold panel with an increased surface area of the trap surface to increase the adsorption capacity for freezing and collecting water molecules. A low-pressure evacuation apparatus can be provided.
以上のような本発明によれば、吸着容量の増加および高速度排気をともに実現することにより低電力消費を実現するコールドトラップ、および、このような利点を持つコールドトラップにターボ分子ポンプを併用した真空排気装置を提供することができる。 According to the present invention as described above, a cold trap that realizes low power consumption by realizing both an increase in adsorption capacity and high-speed exhaust, and a turbo molecular pump in combination with a cold trap having such advantages. An evacuation apparatus can be provided.
続いて、本発明を実施するための最良の形態について、図を参照しつつ説明する。図1は本形態のコールドトラップを含む真空排気装置のブロック構成図である。図2は、コールドトラップの構成図である。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of an evacuation apparatus including a cold trap according to the present embodiment. FIG. 2 is a configuration diagram of the cold trap.
本形態の真空排気装置1000は、図1で示すように、コールドトラップ10、真空チャンバ20、ターボ分子ポンプ30を備えている。このコールドトラップ10は大別して冷凍機100、コールドパネル200を備えている。冷凍機100は寒冷をコールドパネル200に供給するが、少なくともコールドパネル200が真空チャンバ20内に必ず配置されている点が特徴である。
As shown in FIG. 1, the vacuum exhaust apparatus 1000 of this embodiment includes a
真空チャンバ20は、例えば大型の箱形状であって、この真空チャンバ20内には内部機器21(例えばスパッタリング装置・食品乾燥装置など)が配置されている。また、本形態では真空チャンバ20とターボ分子ポンプ30とは、配管40を介して接続されるが、真空チャンバ20にターボ分子ポンプ30を直接接続するようにしても良い。
ターボ分子ポンプ40は、周知技術であるが、多数の動翼と多数の固定翼を交互に配置し、動翼を数万rpmという極めて高速で回転させて、分子を移動させて排気するポンプである。クリーンな真空が得られる、という利点がある。
これらコールドトラップ10およびターボ分子ポンプ20により真空排気装置1000が構成される。
The vacuum chamber 20 is, for example, a large box shape, and an internal device 21 (for example, a sputtering apparatus, a food drying apparatus, etc.) is disposed in the vacuum chamber 20. In this embodiment, the vacuum chamber 20 and the turbo
The turbo molecular pump 40 is a well-known technology, but is a pump that alternately arranges a large number of moving blades and a large number of fixed blades, rotates the moving blades at an extremely high speed of tens of thousands of rpm, moves the molecules, and exhausts them. is there. There is an advantage that a clean vacuum can be obtained.
These
続いて、コールドトラップ10の構成について説明する。コールドトラップ10は、図2で示すように、冷凍機100とコールドパネル200とに大別される。
冷凍機100は、圧縮機101、放熱器102、フランジ103、膨張機104、冷却端105、ヒータ106、温度センサ107、熱伝導部材108、可撓性熱伝導部材109、熱伝導部材110、シール111、電流導入端子112、信号導出端子113、コントローラ114、電源115を備えている。
コールドパネル200は、平円形パネル201、ハット形パネル202を備え、図示しないが円形をしている。コールドパネル200は、高熱抵抗ステー203や熱絶縁カラー204により複数箇所でフランジ103に接続される。高熱抵抗ステー203は、図示しないが、冷却端105を中心軸とする円上に複数本(例えば4本)配置され、強固に固定される。
Next, the configuration of the
The
The
冷凍機100は、具体的にはパルスチューブ冷凍機であり、圧縮機101、放熱器102、膨張機104、冷却端105を備えている。冷凍機100は、ヘリウムガスを冷媒としたクローズドタイプの冷凍機であり、膨張機104および圧縮機101のスターリングサイクルにより冷却端105が冷却されるように構成されている。通常のスターリング型冷凍機では膨張機がピストンとシリンダとにより機械的に構成されるが、パルスチューブ冷凍機では可動部がなく、パルスチューブ(図示せず)内のガス(ガスピストン)がその役割を担っている。
The
冷却端105には熱伝導部材108がねじなどにより固定される。この熱伝導部材108には、変形可能であって図3では逆U字状線体形状となった可撓性熱伝導部材109が連結されている。可撓性熱伝導部材109は、詳しくは無酸素銅の編み網としており、その可撓性により双方に荷重をかけることなく熱的に結合している。この可撓性熱伝導部材109の他方には熱伝導部材110が連結されている。
これら冷却端105、熱伝導部材108、可撓性熱伝導部材109および熱伝導部材110は、何れも熱抵抗が低い部材で形成されており、冷却端105からの寒冷が熱伝導部材108、可撓性熱伝導部材109を経て熱伝導部材110へ到達する。
なお本形態では可撓性熱伝導部材109は、図2でも明らかなように一本としたが、複数本接続しても良い。また、熱伝導部材108、110を介在させているが、冷却端105やコールドパネル200に可撓性熱伝導部材109を直接連結しても良い。少なくとも冷却端105やコールドパネル200に可撓性熱伝導部材109が熱的に接続されていれば良い。
A heat conducting member 108 is fixed to the cooling end 105 with a screw or the like. The heat conducting member 108 is connected to a flexible heat conducting member 109 that is deformable and has an inverted U-shaped linear body shape in FIG. Specifically, the flexible heat conducting member 109 is a braided net of oxygen-free copper, and is thermally coupled without applying a load to both due to its flexibility. A heat conduction member 110 is connected to the other side of the flexible heat conduction member 109.
The cooling end 105, the heat conduction member 108, the flexible heat conduction member 109, and the heat conduction member 110 are all formed of a member having a low thermal resistance. It reaches the heat conducting member 110 through the flexible heat conducting member 109.
In this embodiment, the number of the flexible heat conducting members 109 is one as is apparent from FIG. 2, but a plurality of the members may be connected. Further, although the heat conducting members 108 and 110 are interposed, the flexible heat conducting member 109 may be directly connected to the cooling end 105 or the
コールドパネル200では、図2で示すように、平面形パネル201が熱伝導部材110と直接接触し、また、ハット型パネル202の凸部(熱伝導部材110とほぼ同径のボス)が熱伝導部材110の近くで平面形パネル201に接触した状態で、熱伝導部材110、平面形パネル201、ハット型パネル202を一体として固定用のボルトで締結する構造を採用している。
In the
冷凍機100の熱伝導部材110に熱的に接続されるコールドパネル200は、冷却端105、熱伝導部材108、可撓性熱伝導部材109、熱伝導部材110、平円形パネル201、ハット形パネル202という経路を経てコールドパネル200全体に寒冷が効率的に伝導される。また、コールドパネル200は二枚のパネルを有するため、同じ円径で一枚のパネルよりもトラップ面の表面積を大きくして、吸着容量を増加させている。
The
本形態では、コールドパネルを2枚取り付けている例を掲げたが、3枚以上重ねることも可能であり、この場合は、複数枚のハット形パネルを用意し、それぞれの凸部の形状を絞り加工等により適切な外径として、複数のハット形パネルを冷却端に直結で重ねて取り付ける構成をとる。凸部の外径寸法と高さを適切に調整することでそれぞれのハット形パネルを冷却端部で重ね合わせてコールドパネルを形成することができる。 In this embodiment, an example in which two cold panels are attached is described, but it is possible to stack three or more. In this case, a plurality of hat-shaped panels are prepared, and the shape of each convex portion is narrowed down. A suitable outer diameter is obtained by processing or the like, and a plurality of hat-shaped panels are directly attached to the cooling end and stacked. By appropriately adjusting the outer diameter size and height of the convex portions, the cold panels can be formed by superimposing the hat-shaped panels on the cooling end portions.
このコールドパネル200は大径として表面積が拡大されている。このようなコールドパネル200を機械的に充分な強度で支持するため、高熱抵抗ステー203、熱絶縁カラー204を設けた。特に高熱抵抗ステー203は、図3の高熱抵抗ステーの構造図で示すように、チタン合金製パイプ203a、貫通孔203b、ねじ部203c、ねじ部203dを備える。ねじ部203c、ねじ部203dは固定部の一具体例であり、他の取付け方法も採用できる。
高熱抵抗ステー203は、チタン合金製パイプ203aの側面に貫通孔203bを開けた構成を採用している。チタン合金は低温域での熱抵抗が大きいため、コールドパネル200から寒冷が到達しないように配慮している。さらに高熱抵抗ステー203をコールドパネル200に取付ける際に熱絶縁カラー204を介在させているため、この点でもコールドパネル200から寒冷が到達しないように配慮している。
The
The high thermal resistance stay 203 employs a configuration in which a through hole 203b is opened on a side surface of a titanium alloy pipe 203a. Since the titanium alloy has a large thermal resistance in a low temperature range, consideration is given to preventing cold from reaching the
冷凍機100に形成され、真空チャンバの開口部を覆うフランジ103に高熱抵抗ステー203が取付けられ、また、熱絶縁カラー204は、高熱抵抗ステー203とコールドパネル200を機械的に接続して充分な強度を確保している。このような構成により、氷がコールドパネル200に付着して重量が増大しても、高熱抵抗ステー203、熱絶縁カラー204が全ての力を受けて機械的に変形等が生じないため、冷凍機100に不要な力が加わるような事態は回避される。加えて、可撓性熱伝導部材109により冷却端105に不要な力が加わるような事態は回避される。
また、高熱抵抗ステー203および熱絶縁カラー204共に熱抵抗が高い部材により形成され、コールドパネル200から熱絶縁カラー204への熱伝導、さらに熱絶縁カラー204から熱抵抗ステー203への熱伝導ともに抑えるため、寒冷がフランジ103へ逆に伝導されないように配慮している。本形態では更にコールドパネル200の大型化が可能となり、捕集能力を高めることができる。また、コールドパネル200の重量を分担して受けることができ、加えて、熱膨張・熱収縮があっても冷却端に力が加わらないようにして振動・衝撃などの外乱に強いコールドトラップを供給できる。また、真空チャンバと冷却端との間での不要な熱移動を最小限にすることができる。
A high heat resistance stay 203 is attached to a
Further, both the high thermal resistance stay 203 and the thermal insulation collar 204 are formed of members having high thermal resistance, and both the heat conduction from the
冷凍機100には、フランジ103が機械的に取付けられている。このフランジ103の外側に圧縮機101が配置され、また、フランジ103の内側に膨張機104および冷却端105が配置されるように取り付けられる。このフランジ103は真空チャンバ20の開口部22の開口面積よりも広く、開口部22を覆うように形成されている。
また、膨張機104、冷却端105は開口部22を通過するが、コールドパネル200は通過できないため、取付け時は、コールドパネル200を取り外したまま挿通し、フランジ103を真空チャンバ20の壁面にねじ止めした後で、真空チャンバ20内で冷却端105とコールドパネル200とを熱伝導部材108、可撓性熱伝導部材109、熱伝導部材110により熱的に接続し、さらに高熱抵抗ステー203とコールドパネル200とを連結して、真空チャンバ20内にコールドパネル200を配置する。
A
Further, the expander 104 and the cooling end 105 pass through the opening 22 but cannot pass through the
このコールドパネル200は、70K(−203℃)程度の極低温でステンレスよりも熱伝導率の大きな純チタンを材料として製作される。純チタンを材料とするコールドパネル200を使用することにより、表面温度分布を通常用いられるステンレス材に比べて均一にすることができ、コールドパネル200の有効表面積を大きくすることができる。
また、純チタンは水蒸気・ガスに対して錆びないため耐食性が高いという利点もある。
The
Pure titanium also has the advantage of high corrosion resistance because it does not rust against water vapor or gas.
また、このコールドパネル200は、70K(−203℃)程度の極低温域においてステンレスよりも熱伝導率が大きい銅または銅合金を材料としても良い。このように熱伝導率が大きいため、冷却端105の熱が直ちにコールドパネル200全体に熱伝導されて短時間でコールドパネル200全体が冷却端105と同じ温度となる。この場合、コールドパネル200全体の表面温度分布が均一な状態となり、通常用いられる熱伝導率が小さいステンレス材のように不均一な温度分布とならないため、コールドパネル200の有効表面積を大きくすることができ、コールドパネル200の全面で水分子を捕集できる。
The
さらに銅または銅合金を材料とするコールドパネル200は、その表面に耐食性を向上させる保護層(具体的にはニッケルメッキ層)を形成し、ガスが銅・銅合金と接触しないようにしている。これにより、腐食(つまり酸化)しやすい銅または銅合金に対して、耐食性を向上させてガス(特に水蒸気)により緑青等が生じないように配慮している。銅または銅合金の熱伝導性とニッケルの耐腐食性により、コールドトラップ10に特有の用途(水分子の凍結捕集)に適したものとしている。
Further, the
さらに、コールドパネル200の内側面(真空チャンバ内側に対向するトラップ面)は、例えばブラスト加工やピーニング加工によりなし地状に形成して表面積を拡大するように構成してもよい。なお、表面積を拡大できれば良く突起体を多数形成した凹凸面としてもよい。
また、コールドパネル200の外側面(真空チャンバ壁面側に対向する面)ではできるだけ放射率の小さな鏡面(光沢面)に仕上げて放射率を小さくするように構成する。これにより常温側から侵入する熱量を低減して、冷却端105コールドパネル200を低温に維持することができる。
Furthermore, the inner side surface of the cold panel 200 (the trap surface facing the inner side of the vacuum chamber) may be configured to be formed into a ground shape by, for example, blasting or peening, so as to increase the surface area. In addition, it is good also as an uneven surface in which many protrusions were formed, if the surface area could be expanded.
In addition, the outer surface of the cold panel 200 (the surface facing the wall surface side of the vacuum chamber) is configured to have a mirror surface (glossy surface) with as low an emissivity as possible to reduce the emissivity. Thereby, the amount of heat entering from the normal temperature side can be reduced, and the cooling end 105
ヒータ106は、本発明の加熱手段の一具体例であり、例えば、コールドパネル200の冷却端105の内部に密封内蔵されて配置されるヒータであり、図2で示すように、外部に露出しないように構成する。これによりアウトガスを抑制する。
温度センサ107は、本発明の温度計測手段の一具体例であり、冷却端105の表面に接触するように配置され、冷却端105およびコールドパネル200の温度を精度良く計測できるようにする。
シール111は、真空チャンバ20の開口部22の周縁を囲むように配置されるOリングなどであり、真空チャンバ20とフランジ103との接合部で真空チャンバ20内への外気のリークを防止する。
The
The temperature sensor 107 is a specific example of the temperature measuring means of the present invention, and is disposed so as to be in contact with the surface of the cooling end 105 so that the temperature of the cooling end 105 and the
The
フランジ103に設けられた電流導入端子112はヒータ106に接続された電流線を真空チャンバ20内から引き出し、また、フランジ103に設けられた信号導出端子113は温度センサ107に接続された信号線を真空チャンバ20内から引き出すために設けられる。これら端子112,113は真空下で使用できるものであり、例えばハーメチック端子等が用いられる。それぞれの電流線・信号線は、例えば、ステンレスのシースで被覆されている。
A current introduction terminal 112 provided on the
コントローラ114は、本発明の温度制御手段の一具体例であり、真空チャンバ20から外部に引き出された電流線および信号線と、冷凍機100からの制御線と、が接続されている。コントローラ114は、電流線を介して接続されるヒータ106、制御線を介して接続される冷凍機100、さらに信号線を介して接続される温度センサ107に対して後述するような情報の読み出し、各種の制御を行う。
電源115は、コントローラ114を介してヒータ106や冷凍機100へ電源を供給する。コールドトラップ10はこのように構成される。
The
The
続いて、真空排気装置100を稼働させるときの動作について説明する。図1で示す真空排気装置1000において、ターボ分子ポンプ30を稼働して真空チャンバ10から排気するが、この際、コールドトラップ10を稼働して真空チャンバ20内の水蒸気を捕集して、ターボ分子ポンプ30まで水蒸気が到達しないようにするものである。
Subsequently, an operation when the
稼働により真空チャンバ20内のガスが排気され始めると、真空チャンバ20内のガスの圧力が低下し始める。真空チャンバ20内のガスの圧力の低下とともに真空チャンバ20の水分は水蒸気へと気化する。 When the gas in the vacuum chamber 20 starts to be exhausted due to operation, the pressure of the gas in the vacuum chamber 20 starts to decrease. As the pressure of the gas in the vacuum chamber 20 decreases, the water in the vacuum chamber 20 vaporizes into water vapor.
コールドトラップ10では、図2で示すように、コントローラ114が冷凍機100の運転を開始するとともに、温度センサ107が出力する温度計測信号をフィードバック入力することにより、コールドパネル200を所定温度に維持する。
例えば、コールドパネル200の所定温度の一例として水蒸気のみを凍結捕集する最適な温度である120K〜150K(−153℃〜−123℃)の範囲内の温度を選択して制御し、コールドパネル200に水蒸気を凍結捕集して吸着させるようにする。
これにより、真空チャンバ20内の水分が吸着され、水分以外の分子はターボ分子ポンプ30で高い圧縮比に圧縮されて排気される。
In the
For example, as an example of the predetermined temperature of the
Thereby, moisture in the vacuum chamber 20 is adsorbed, and molecules other than moisture are compressed by the turbo
このようなコールドトラップ10について以下のような利点がある。
特に、従来技術ではコールドパネル200が配管やケーシングの管径を超えることができなかったが、本発明では容積が大きい真空チャンバ20内にコールドパネル200を配置したため、コールドパネル200の大型化が可能となり、捕集能力を高める。
さらに、配管内に位置しないため、排気コンダクタンスを低下させて、排気能力も高めている。
これら効果が相乗的に相俟って、低消費電力を実現している。
Such a
In particular, in the prior art, the
Furthermore, since it is not located in the piping, the exhaust conductance is lowered and the exhaust capacity is also increased.
These effects combine to achieve low power consumption.
また、従来技術のGM式の冷凍機では、一旦稼働させたならば負荷に関係なく定格で連続運転していたが、本形態のコールドトラップ10では、パルスチューブ型の冷凍機100の運転を、コールドパネル200の吸着能力に応じた最適な温度となるような電力とするだけでよく、無駄な電力消費を回避できる。
Further, in the prior art GM type refrigerator, once operated, it was continuously operated at the rated regardless of the load. However, in the
また、コールドトラップ10は、冷却では冷凍機100を用いたり、加熱ではヒータ106を用いたり、または、冷凍機100およびヒータ106を併用したりすることで、コールドパネル200に直接に冷却・加熱の両方が可能となり、60K〜573K(−213℃〜300℃)という広範囲の任意の温度に制御でき、水蒸気だけでなく任意のガス(例えばBr2,NH3,Cl2,CO2等)を選択吸着することも可能である。
The
続いてコールドトラップの他の形態について図を参照しつつ説明する。図4は他の形態のコールドトラップの構成図である。本形態のコールドトラップ11では、先に図2に掲げたコールドトラップ10と構成は殆ど同じであるが、このコールドトラップ11では特に真空チャンバ20の開口部22の開口面積を大きくし、コールドパネル200も開口部22を通過できるようにした。また、開口部22の開口面積の増大に対応させてフランジ103の面積も増大させた。これにより、真空チャンバ20からフランジ103を取り外せば、コールドトラップ11全体が真空チャンバ20から取り外せるため、組立て・メンテナンス時の分解が容易となる。
Next, another embodiment of the cold trap will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a configuration diagram of another form of cold trap. The cold trap 11 of the present embodiment has almost the same configuration as the
以上、各形態について説明した。本発明のコールドトラップ10,11では、真空チャンバ20内にコールドパネル200を配置したため、コールドパネル200の設計上の制約を取り払ってコールドパネル200を大きくすることが可能となり、水分子を凍結捕集するコールドパネルのトラップ面の表面積も大きくして吸着容量の増加を実現する。また、高熱抵抗ステー203,熱絶縁カラー204により機械的支持をするため、この点でもコールドパネル200のトラップ面の表面積も大きくして吸着容量の増加を実現する。
また、配管40の気体流路内にコールドパネル200を配置しないことで排気コンダクタンスの大幅低減を実現し、高速度排気を実現させることができる。
In the above, each form was demonstrated. In the
Further, since the
さらに冷凍機100では、膨張機104の構成要素である蓄冷器とパルスチューブを薄肉のパイプで構成している。このため、冷却端105に大きな荷重負荷を与えることは好ましくない。しかしながら、膨張機104の冷却端105と高熱抵抗ステー203とにあっては、高熱抵抗ステー203の軸方向の熱膨張差が生じるため、コールドパネル200を機械的に強固に固定すると冷却端105に過大な力が生じるおそれがある。また、地震などの外部振動により膨張機104が破損する恐れも否定できなかった。
そこで、本形態のように可撓性熱伝導部材109を介在させる構造を採用したため、冷却端105は上記のような熱膨張差・振動等による機械的変形の影響から独立したものとなり、高熱抵抗ステー203、熱絶縁カラー204により強固にコールドパネル200の機機械的支持をしてもよくなり、機械設計の自由度が増し、最終的に吸着容量の増加および高速度排気も実現する。
これら吸着容量の増加および排気コンダクタンスの大幅低減という両効果が相俟って大幅な低電力消費も実現する。
Furthermore, in the
Therefore, since the structure in which the flexible heat conducting member 109 is interposed as in this embodiment is adopted, the cooling end 105 becomes independent from the influence of the mechanical deformation due to the difference in thermal expansion and vibration as described above, and has a high thermal resistance. The stay 203 and the thermal insulation collar 204 may provide mechanical support of the
Combined with these effects of increasing the adsorption capacity and greatly reducing the exhaust conductance, significant low power consumption can be realized.
1000:真空排気装置
10,11:コールドトラップ
100:冷凍機
101:圧縮機
102:放熱器
103:フランジ
104:膨張機
105:冷却端
106:ヒータ
107:温度センサ
108:熱伝導部材
109:可撓性熱伝導部材
110:熱伝導部材
111:シール
112:電流導入端子
113:信号導出端子
114:コントローラ
115:電源
200:コールドパネル
201:平円形パネル
202:ハット形パネル
203:高熱抵抗ステー
203a:チタン合金製パイプ
203b:貫通孔
203c:ねじ部
203d:ねじ部
204:熱絶縁カラー
20:真空チャンバ
21:内部機器
30:ターボ分子ポンプ
40:配管
1000:
Claims (14)
冷却端に熱的に接続される可撓性熱伝導部材と、
可撓性熱伝導部材と熱的に接続されるコールドパネルと、
熱抵抗が高い部材により形成され、コールドパネルを支持する高熱抵抗ステーと、
一方の面に冷凍機が配置され、また、他方の面に高熱抵抗ステー、膨張機、冷却端、可撓性熱伝導部材およびコールドパネルが配置されるフランジと、
開口部を有する真空チャンバと、
を備え、
フランジで開口部を塞いで真空チャンバの内部空間でコールドパネルが配置されることを特徴とするコールドトラップ。 A refrigerator having a compressor, an expander and a cooling end;
A flexible heat conducting member thermally connected to the cooling end;
A cold panel thermally connected to the flexible heat conducting member;
A high thermal resistance stay that is formed of a member having high thermal resistance and supports the cold panel;
A refrigerator in which a refrigerator is disposed on one surface, and a high heat resistance stay, an expander, a cooling end, a flexible heat conducting member, and a cold panel are disposed on the other surface;
A vacuum chamber having an opening;
With
A cold trap characterized in that a cold panel is arranged in an internal space of a vacuum chamber by closing an opening with a flange.
前記高熱抵抗ステーは、
中空部と、この中空部と連通する貫通孔と、を有するチタン合金製パイプと、
チタン合金製パイプの両側へ固定されてフランジおよびコールドパネルと取付けられる固定部と、
を備えることをことを特徴とするコールドトラップ。 The cold trap according to claim 1, wherein
The high thermal resistance stay is
A titanium alloy pipe having a hollow portion and a through hole communicating with the hollow portion;
A fixing portion fixed to both sides of the titanium alloy pipe and attached to the flange and the cold panel;
A cold trap characterized by comprising:
前記可撓性熱伝導部材は、無酸素銅の網線であることを特徴とするコールドトラップ。 In the cold trap according to claim 1 or 2,
The cold trap, wherein the flexible heat conducting member is an oxygen-free copper mesh wire.
高熱抵抗ステーとコールドパネルとを機械的に接続するとともに熱伝導を抑える熱絶縁カラーと、
を備えることを特徴とするコールドトラップ。 In the cold trap as described in any one of Claims 1-3,
A thermal insulation collar that mechanically connects the high thermal resistance stay and the cold panel and suppresses heat conduction;
A cold trap comprising:
前記コールドパネルは、平板による平面形パネルと、凸部を有するハット形パネルと、からなり、平面形パネルに凸部を接触させつつハット形パネルを取付けて形成したことを特徴とするコールドトラップ。 In the cold trap as described in any one of Claims 1-4,
The cold trap is composed of a flat panel made of a flat plate and a hat-shaped panel having a convex portion, and is formed by attaching a hat-shaped panel while bringing the convex portion into contact with the flat panel.
前記膨張機は、パルスチューブ膨張機であることを特徴とするコールドトラップ。 In the cold trap as described in any one of Claims 1-5,
The cold trap according to claim 1, wherein the expander is a pulse tube expander.
前記コールドパネルは、低温域における熱伝導率が大きい純チタンを材料とすることを特徴とするコールドトラップ。 In the cold trap as described in any one of Claims 1-6,
The cold panel is made of pure titanium having a high thermal conductivity in a low temperature region.
前記コールドパネルは、低温域における熱伝導率が大きい銅または銅合金を材料とすることを特徴とするコールドトラップ。 In the cold trap as described in any one of Claims 1-6,
The cold panel is made of copper or a copper alloy having a high thermal conductivity in a low temperature region.
前記コールドパネルは、その表面に耐食性を向上させる保護層を形成したことを特徴とするコールドトラップ。 The cold trap according to claim 8,
The cold trap is characterized in that a protective layer for improving corrosion resistance is formed on the surface of the cold panel.
フランジに設けられた電流導入端子を介して電流線と接続され、コールドパネルを加熱する加熱手段と、
フランジに設けられた信号導出端子を介して信号線と接続され、コールドパネルの温度を計測する温度計測手段と、
電流線を介して加熱手段と、制御線を介して冷凍機と、信号線を介して温度計測手段と、それぞれ接続される温度制御手段と、
を備え、
この温度制御手段は、温度計測手段が計測したコールドパネルの温度に基づき、コールドパネルの温度を所定温度とするように冷凍機または加熱手段を制御することを特徴とするコールドトラップ。 In the cold trap according to any one of claims 1 to 9,
A heating means connected to a current line via a current introduction terminal provided on the flange and heating the cold panel;
A temperature measuring means for measuring the temperature of the cold panel, connected to the signal line via a signal derivation terminal provided on the flange;
A heating means via a current line, a refrigerator via a control line, a temperature measurement means via a signal line, and a temperature control means connected respectively.
With
The temperature control means controls the refrigerator or the heating means so that the temperature of the cold panel is set to a predetermined temperature based on the temperature of the cold panel measured by the temperature measurement means.
前記加熱手段は、冷却端に内蔵するように配置され、
前記温度計測手段は、冷却端に内蔵または当接するように配置されることを特徴とするコールドトラップ。 The cold trap of claim 10,
The heating means is arranged so as to be built in the cooling end,
The cold trap is characterized in that the temperature measuring means is arranged so as to be built in or in contact with the cooling end.
前記真空チャンバは少なくとも高熱抵抗ステー、膨張機および冷却端が通過する開口面積で形成される開口部を備え、
真空チャンバの開口部に高熱抵抗ステー、膨張機および冷却端を通過させてフランジで開口部を塞いだ後に冷却端とコールドパネルとを可撓性熱伝導部材により熱的に接続し、高熱抵抗ステーとコールドパネルとを連結することにより、真空チャンバの内部空間でコールドパネルが配置されて、真空チャンバと一体に形成されることを特徴とするコールドトラップ。 In the cold trap as described in any one of Claims 1-11,
The vacuum chamber includes an opening formed by an opening area through which at least a high thermal resistance stay, an expander, and a cooling end pass,
After passing the high thermal resistance stay, the expander and the cooling end through the opening of the vacuum chamber and closing the opening with a flange, the cooling end and the cold panel are thermally connected by a flexible heat conducting member, and the high thermal resistance stay A cold trap, wherein the cold panel is formed integrally with the vacuum chamber by connecting the cold panel and the cold panel.
前記真空チャンバは少なくとも高熱抵抗ステー、膨張機、冷却端、可撓性熱伝導部材およびコールドパネルが通過する開口面積で真空チャンバに形成される開口部を備え、
一方の面に冷凍機が配置され、また、他方の面に高熱抵抗ステー、膨張機、冷却端、およびコールドパネルが配置されるフランジにより前記開口部が塞がれるようになされており、真空チャンバの開口部に高熱抵抗ステー、膨張機、冷却端およびコールドパネルを通過させてフランジで開口部を塞ぐことにより、真空チャンバの内部空間でコールドパネルが配置され、真空チャンバと一体に形成されることを特徴とするコールドトラップ。 In the cold trap as described in any one of Claims 1-11,
The vacuum chamber includes an opening formed in the vacuum chamber with an opening area through which at least a high thermal resistance stay, an expander, a cooling end, a flexible heat conducting member, and a cold panel pass,
A refrigerator is arranged on one side, and the opening is closed by a flange on which a high heat resistance stay, an expander, a cooling end, and a cold panel are arranged on the other side, and a vacuum chamber By passing the high thermal resistance stay, expander, cooling end and cold panel through the opening of the hood and closing the opening with a flange, the cold panel is arranged in the interior space of the vacuum chamber and is formed integrally with the vacuum chamber A cold trap characterized by
コールドトラップに一体に形成された真空チャンバ内のガスを排気するターボ分子ポンプと、
を備えることを特徴とする真空排気装置。 The cold trap according to any one of claims 1 to 13,
A turbo molecular pump that exhausts gas in a vacuum chamber formed integrally with the cold trap;
An evacuation apparatus comprising:
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